CN110117426A - 一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯基光固化含氟防腐涂料及其制备方法，所述防腐涂料包含组成及质量份数比为：含氟低聚物树脂60～70份，光引发剂5‑10份，助引发剂2‑5份，活性稀释剂20～25份，石墨烯0.1～3份，分散剂0.1～1份，流平剂0.1～1份，抗沉降剂0.1～1份，消泡剂0.1～1份。制备该金属漆的方法是首先按组分配比称取原料，将石墨烯、含氟丙烯酸酯树脂、活性稀释剂和其他助剂混合，首先通过机械搅拌分散均匀，然后再超声分散，分散均匀后得到一种石墨烯基光固化含氟防腐涂料。该防腐涂料的优点是：1.涂层防腐性能优异；2.涂层耐化学品性能、耐候性能优异；3.通过光固化的方法能够快速得到固化的防腐涂层且环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯基光固化含氟防腐涂料及其制备方法，属于涂料及制备技术领域。
背景技术
近些年来，随着我国经济的迅速发展，大量钢铁被用于交通、建筑、机械、能源、化工、基础设施、铁路和海洋开发等领域，由此带来的钢铁腐蚀也越来越严重，因此人们对防腐涂料的性能要求也越来越高，传统的有机防腐涂料已经无法满足需求。
石墨烯是一种新型的由碳原子构成的单层片状结构的二维材料，其电学、热学和力学性能优良，从而受到人们的广泛关注。片层结构的石墨烯在涂层中具有很好的屏蔽作用及“迷宫效应”，可有效阻碍及延长腐蚀介质在涂层中的渗透，从而减缓腐蚀，这为石墨烯增强涂层耐蚀性能提供了可能，在涂料中与树脂混合后，可显著提高涂料的防腐性能。同时，石墨烯的导电性能优异可以有效地阻止金属基材发生阳极反应发生腐蚀，起到电化学防腐蚀的作用。
光固化技术是利用光或电子束为能源，引发具有化学反应活性的业态物质快速转变为固态的过程。光固化技术是一项节能和环保型新技术。它完全符合“5E原则”：高效，适应性广，经济，节能，环境友好。
光固化体系主要有低聚物、活性稀释剂和光引发剂组成，而低聚物的性质对固化后涂膜的性质具有决定性作用。聚丙烯酸酯丙烯酸酯作为一类新型的丙烯酸酯类光固化低聚物由于其结构多样、性能优异而在涂料、油墨、胶黏剂等领域有广泛的应用前景。而氟原子具有强电负性、高C-F键能、除氢外最小的范德华半径以及氟对碳链的屏蔽保护作用，赋予了含氟聚合物独特的低表面能的特点，优越的耐候性、热稳定性和化学惰性，这使得含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯可应用于防腐涂料。
传统富锌类的防腐涂料属于牺牲阳极的阴极防护机理，存在防护的有效期短的问题；石墨烯物理防腐和电化学防腐多重作用防腐的效果更佳防护期效长。
因此，一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料既保证了涂层优异的耐腐蚀性能，又具有固化速度快、环保无污染的特点。
发明内容
本发明的目的是针对上述产品的不足而设计提供一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，其目的是提供一种可快速固化耐蚀性能优异，耐候性良好的防腐涂料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明技术方案提供一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，其特征在于：含氟低聚物60～70份，光引发剂5-10份，助引发剂2-5份，活性稀释剂20～25份，石墨烯0 .1～3份，分散剂0 .1～1份，流平剂0 .1～1份，抗沉降剂0 .1～1份，消泡剂0.1～1份。
根据权利要求1所述的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述含氟低聚物为含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯,这种含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯合成路线遵循CN20110207411.4光固化用含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯及其合成方法。
所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（1173）、1-羟基环己基苯甲酮（184）、双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化磷（819）、2,4,6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化磷（TPO）、2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-吗啉-1-丙酮（907）、2-苯基苄-2-二甲基胺-4-吗啉代丙基苯基酮（369）、异丙基硫杂蒽酮（ITX）中的一种或一种以上的混合物。
所述助引发剂为4-二甲氨基苯甲酸乙酯（EDAB）、苯甲酸二甲基氨基乙酯（DMB）、4-(二甲氨基)-苯甲酸-(2-乙基)己酯（ODAB）中的一种或一种以上混合物。
所述活性稀释剂为己二醇双丙烯酸酯，一缩乙二醇双丙烯酸酯，二缩丙二醇双丙烯酸酯，新戊二醇双丙烯酸酯，丙烯酸羟乙酯，丙烯酸羟丙酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸异冰片酯，丙烯酸四氢呋喃酯三羟甲基丙烷三丙烯酸，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯，乙氧化季戊四醇三丙烯酸酯，双季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或一种以上混合物。
所述石墨烯粒径为6-80μm，碳含量为85-99.5%，层数为2-30层。
所述分散剂为BYK公司的BYK-310、BYK-323、DISPERBYK-2155、DISPERBYK-2163、BYK-9076中的一种。
所述流平剂为BYK公司的BYK-361N、BYK-320、BYK-UV 3530、BYK-UV 3535中的一种。
所述抗沉降剂为气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡、BYK公司的GARAMITE-1958、TIXOGEL-MP 250中的一种。
所述消泡剂为聚合物型消泡剂和有机硅消泡剂，包括BYK公司的BYK-052N、BYK-054、BYK-066N、BYK-088、BYK-1790中的任意一种。
本发明技术方案提供一种制备上述石墨烯基含氟光固化防腐涂料的方法，其特征在于，该方法首先按组分配比称取原料，将石墨烯、含氟低聚物和活性稀释剂、光引发剂、助引发剂、分散剂、流平剂、抗沉降剂、消泡剂混合均匀，利用高速搅拌分散使其分散均匀，高速分散速度为1000-3000r/min，分散时间为30-90min；然后使用超声使其进一步分散均匀并起到微量剥离的作用，超声功率为300-800W，超声时间为10-60min；使用时在10-150mW/cm2的紫外光照射1-10min即可得到光固化防腐涂层。
采用本发明的优点在于：
(1）本发明的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料采用紫外光固化的方法对涂层进行固化，不同于使用固化剂固化的方法，具有可快速固化的特点。本发明技术方案采用活性稀释剂对基体树脂的黏度进行调节，而不是采用溶剂对树脂进行稀释调节黏度，在固化过程中不存在溶剂的挥发，不会对环境造成污染。
(2)本发明的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料包括含氟低聚物树脂、石墨烯、活性稀释剂、分散剂、流平剂、抗沉降剂、消泡剂。以含氟低聚物树脂为基料，辅以活性稀释剂，提高了涂层的交联度，实现了漆膜的致密性，提高了涂料的耐盐雾性能；同时在涂料中加入石墨烯，其片层结构可以提高其对水、氧气等腐蚀性介质的阻隔性能；同时在涂料中加入分散剂、流平剂、抗沉降剂、消泡剂等助剂，提高了涂料的施工性。
(3)使用高功率的超声保证了石墨烯在树脂中分散的均匀性并起到微量剥离的作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
依次称取65份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，25份活性稀释剂二缩丙二醇双丙烯酸酯，8份光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和异丙基硫杂蒽酮混合组分，助引发剂EDAB 3份，平均粒径为6μm、碳含量为87%、平均层数为15层的石墨烯3份，分散剂BYK-310 1份，流平剂BYK-361N 1份，抗沉降剂气相二氧化硅1份、消泡剂BYK066N 1份混合均匀，使用2000rpm的高速分散60min将其分散均匀，然后使用500W超声进一步分散，超声时间30min。使用时在60mW/cm2的紫外光照射2min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
实施例2
依次称取70份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，20份活性稀释剂己二醇双丙烯酸酯，8份光引发剂双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化磷和异丙基硫杂蒽酮混合组分，助引发剂EDAB 3份，平均粒径为12μm、碳含量为87%、平均层数为15层的石墨烯2份，分散剂BYK-310 1份，流平剂BYK-361N 1份，抗沉降剂气相二氧化硅1份、消泡剂BYK-052N 1份混合均匀，使用3000rpm的高速分散30min将其分散均匀，然后使用300W超声进一步分散，超声时间60min。使用时在150mW/cm2的紫外光照射1min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
实施例3
依次称取65份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，25份活性稀释剂新戊二醇双丙烯酸酯，8份光引发剂2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-吗啉-1-丙酮和异丙基硫杂蒽酮混合组分，助引发剂ODAB 3份，平均粒径为30μm、碳含量为95%、平均层数为15层的石墨烯2份，分散剂BYK-323 1份，流平剂BYK-320 1份，抗沉降剂有机膨润土1份、消泡剂BYK-088 1份混合均匀，使用3000rpm的高速分散30min将其分散均匀，然后使用300W超声进一步分散，超声时30min。使用时在30mW/cm2的紫外光照射5min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
实施例4
依次称取70份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，20份活性稀释剂乙氧化季戊四醇三丙烯酸酯，8份光引发剂1-羟基环己基苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮混合组分、助引发剂ODAB 3份，平均粒径为6μm、碳含量为95%、平均层数为20层的石墨烯1份，分散剂DISPERBYK-2155 1份，流平剂BYK-320 1份，抗沉降剂聚酰胺蜡1份、消泡剂BYK-054 1份混合均匀，使用2000rpm的高速分散45min将其分散均匀，然后使用500W超声进一步分散，超声时间20min。使用时在150mW/cm2的紫外光照射1min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
实施例5
依次称取65份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，25份活性稀释剂双季戊四醇五丙烯酸酯，8份光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和异丙基硫杂蒽酮混合组分、助引发剂ODAB 3份，平均粒径为30μm、碳含量为90%、平均层数为15层的石墨烯2份，分散剂DISPERBYK-2163 1份，流平剂BYK-UV 3530 1份，抗沉降剂GARAMITE-1958 1份、消泡剂BYK-1790 1份混合均匀，使用1000rpm的高速分散60min将其分散均匀，然后使用800W超声进一步分散，超声时10min。使用时在75mW/cm2的紫外光照射2min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
实施例6
依次称取70份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，20份活性稀释剂丙烯酸丁酯，8份光引发剂1-羟基环己基苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮混合组分、助引发剂DMB 3份，平均粒径为60μm、碳含量为95%、平均层数为30层的石墨烯1份，分散剂BYK-9076 1份，流平剂BYK-UV 3535 1份，抗沉降剂TIXOGEL-MP 250 1份、消泡剂BYK-1790 1份混合均匀，使用1000rpm的高速分散60min将其分散均匀，然后使用800W超声进一步分散，超声时间10min。使用时在60mW/cm2的紫外光照射2.5min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
实施例7
依次称取70份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，20份活性稀释剂一缩乙二醇双丙烯酸酯，8份光引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化磷和异丙基硫杂蒽酮混合组分、助引发剂DMB 3份，平均粒径为12μm、碳含量为87%、平均层数为20层的石墨烯2份，分散剂BYK-310 1份，流平剂BYK-361N 1份，抗沉降剂气相二氧化硅1份、消泡剂BYK-052N 1份混合均匀，使用3000rpm的高速分散30min将其分散均匀，然后使用300W超声进一步分散，超声时间60min。使用时在150mW/cm2的紫外光照射1min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
实施例8
依次称取65份含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯，25份活性稀释剂丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，8份光引发剂2-苯基苄-2-二甲基胺-4-吗啉代丙基苯基酮和异丙基硫杂蒽酮混合组分、助引发剂DMB 3份，平均粒径为60μm、碳含量为95%、平均层数为20层的石墨烯2份，分散剂BYK-323 1份，流平剂BYK-320 1份，抗沉降剂有机膨润土1份、消泡剂BYK-088 1份混合均匀，使用3000rpm的高速分散30min将其分散均匀，然后使用300W超声进一步分散，超声时30min。使用时在30mW/cm2的紫外光照射5min，得到的防腐涂层性能在表1中给出。
本发明给出的部分实施例所述石墨烯基含氟光固化涂料经分析测试后的结果如表1
表1石墨烯基含氟光固化涂料检测结果
| 实施例 | 耐中性盐雾试验（100μm） | 耐紫外光老化试验 | 附着力(划格法) | 铅笔硬度 | 耐冲击性能 |
| 实施例1 | 1200h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
| 实施例2 | 1200h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
| 实施例3 | 1500h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
| 实施例4 | 1200h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
| 实施例5 | 1500h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
| 实施例6 | 1200h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
| 实施例7 | 1200h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
| 实施例8 | 1500h以上 | 1000h以上 | 1级 | 2H | 50kgcm |
Claims (11)
1.一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，其特征在于：所述防腐涂料的组分及质量分数比为：含氟低聚物60～70份，光引发剂5-10份，助引发剂2-5份，活性稀释剂20～25份，石墨烯0 .1～3份，分散剂0 .1～1份，流平剂0 .1～1份，抗沉降剂0 .1～1份，消泡剂0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述含氟低聚物为含氟聚丙烯酸酯丙烯酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（1173）、1-羟基环己基苯甲酮（184）、双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化磷（819）、2,4,6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化磷（TPO）、2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-吗啉-1-丙酮（907）、2-苯基苄-2-二甲基胺-4-吗啉代丙基苯基酮（369）、异丙基硫杂蒽酮（ITX）中的一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求1、3所述的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述助引发剂为4-二甲氨基苯甲酸乙酯（EDAB）、苯甲酸二甲基氨基乙酯（DMB）、4-(二甲氨基)-苯甲酸-(2-乙基)己酯（ODAB）中的一种或一种以上混合物。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，其特征在于，所述活性稀释剂为己二醇双丙烯酸酯，一缩乙二醇双丙烯酸酯，二缩丙二醇双丙烯酸酯，新戊二醇双丙烯酸酯，丙烯酸羟乙酯，丙烯酸羟丙酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸异冰片酯，丙烯酸四氢呋喃酯三羟甲基丙烷三丙烯酸，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯，乙氧化季戊四醇三丙烯酸酯，双季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或一种以上混合物。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，石墨烯粒径为6-80μm，碳含量为85-99.5%，层数为2-30层。
7.根据权利要求1所述一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述分散剂为BYK公司的BYK-310、BYK-323、DISPERBYK-2155、DISPERBYK-2163、BYK-9076中的一种。
8.根据权利要求1所述一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述流平剂为BYK公司的BYK-361N、BYK-320、BYK-UV 3530、BYK-UV 3535中的一种。
9.根据权利要求1所述一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述抗沉降剂为气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡、BYK公司的GARAMITE-1958、TIXOGEL-MP 250中的一种。
10.根据权利要求1所述一种石墨烯基含氟光固化防腐涂料，所述消泡剂为聚合物型消泡剂和有机硅消泡剂，包括BYK公司的BYK-052N、BYK-054、BYK-066N、BYK-088、BYK-1790中的任意一种。
11.本发明技术方案提供一种制备上述石墨烯基含氟光固化防腐涂料的方法，其特征在于，该方法首先按组分配比称取原料，将石墨烯、含氟低聚物和活性稀释剂、光引发剂、助引发剂、分散剂、流平剂、抗沉降剂、消泡剂混合均匀，利用高速搅拌分散使其分散均匀，高速分散速度为1000-3000r/min，分散时间为30-90min；然后使用超声使其进一步分散均匀并起到微量剥离的作用，超声功率为300-800W，超声时间为10-60min；使用时在10-150mW/cm2的紫外光照射1-10min即可得到光固化防腐涂层。
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